龍正建　劉明松　蔣崢嶸　時(shí)冬清(東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

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鎳基高溫合金LTES700R材料鍛造工藝研究

龍正建劉明松蔣崢嶸時(shí)冬清
(東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

摘要:通過(guò)對(duì)LTES700R材料鍛造加熱規(guī)范、鍛造工藝參數(shù)及鍛造工藝性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，確定工藝參數(shù)為始鍛溫度1 150℃、終鍛溫度≥900℃、鍛后空冷。試生產(chǎn)檢驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞:LTES700R;鎳基高溫合金;鍛造工藝;力學(xué)性能

鎳基高溫合金LTES700R是轉(zhuǎn)子備選材料之一。公司以前未鍛造過(guò)此種高溫合金的零件，無(wú)現(xiàn)成鍛造工藝參數(shù)可選用，所以有必要對(duì)這種材料進(jìn)行廠內(nèi)鍛造試驗(yàn)。研究該材料的鍛造加熱規(guī)范、鍛造工藝參數(shù)及鍛造工藝性能，確定該材料的鍛造工藝參數(shù)。

1　試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容和目的

1．1研究主要內(nèi)容

(1)以?150 mm規(guī)格的LTES700R圓鋼為鍛造對(duì)象，研究該材料合適的鍛前加熱規(guī)范和鍛造溫度。

( 2)研究該材料鍛造變形過(guò)程、鍛后內(nèi)部組織和鍛件力學(xué)性能。

( 3)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)所有原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、總結(jié)，確定出鍛造工藝參數(shù)。1．2試驗(yàn)研究的目的

通過(guò)對(duì)LTES700R材料進(jìn)行鍛造工藝試驗(yàn)研究，掌握該材料的鍛造工藝參數(shù)和工藝性能，鍛造出合格的試驗(yàn)試板，供后續(xù)材料研究使用。

2　試驗(yàn)方案及試驗(yàn)過(guò)程

2．1試驗(yàn)方案

由于LTES700R是一種固溶強(qiáng)化的鎳基高溫合金，在1 000℃以上具有出色的高溫強(qiáng)度和氧化能力。公司內(nèi)沒(méi)有類似鎳基高溫合金的鍛造經(jīng)驗(yàn)可借鑒，通過(guò)查閱相關(guān)規(guī)范、資料，初步確定鍛造工藝試驗(yàn)方案及試驗(yàn)步驟如下:

( 1)根據(jù)規(guī)范，LTES700R熱加工溫度范圍為1 205～1 010℃，小變形量鍛造可以到900℃。考慮合金元素對(duì)始鍛溫度降低的影響，初步確定該材料始鍛溫度、終鍛溫度范圍。始鍛溫度為1 120℃和1 150℃兩個(gè)溫度，終鍛溫度≥900℃。重點(diǎn)觀察不同始鍛溫度條件下坯料的變形情況，鍛后對(duì)試樣分別進(jìn)行解剖取樣，檢測(cè)鍛件內(nèi)部組織及晶粒度等，并記錄鍛造過(guò)程中相應(yīng)操作參數(shù)。

( 2)因LTES700R高溫下的導(dǎo)熱系數(shù)比不銹鋼低，為保證圓鋼心部均熱，加熱采用三段式加熱。延長(zhǎng)圓鋼在低溫段的保溫時(shí)間，同時(shí)為減少

圖1　?150 mm圓鋼加熱溫度曲線Figure 1　 Heating temperature curve of ?150 mm round steel

圖2　試樣尺寸圖Figure 2　 Diagram of sample size

金屬元素?zé)龘p及減少過(guò)熱危險(xiǎn)，縮短圓鋼在始鍛溫度下的停留時(shí)間。加熱溫度曲線見(jiàn)圖1。

( 3)鍛造試樣圖見(jiàn)圖2。鍛造比3．9。因LTES700R高溫強(qiáng)度較高，變形抗力大，在實(shí)際試驗(yàn)研究中鍛造設(shè)備選用功率大的30 kN自由鍛錘。

( 4)試樣鍛后冷卻方式采用空冷。

( 5)對(duì)試樣毛坯進(jìn)行鍛后固溶熱處理，檢測(cè)該材料熱處理后力學(xué)性能及內(nèi)部組織是否滿足相應(yīng)規(guī)范要求。

( 6)通過(guò)對(duì)LTES700R材料工藝試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究，制定出合適的加熱規(guī)范和鍛造工藝參數(shù)，掌握該材料的鍛造工藝性能，指導(dǎo)LTES700R材料的鍛造生產(chǎn)。

2．2試驗(yàn)過(guò)程

2．2．1原材料復(fù)驗(yàn)

根據(jù)材料采購(gòu)情況，選取?150 mm圓鋼作為鍛造工藝試驗(yàn)對(duì)象。LTES700R合金的化學(xué)成分(熔煉分析)要求見(jiàn)表1。原材料化學(xué)成分、力學(xué)性能及晶粒度復(fù)驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表2、表3。低倍照片和金相組織見(jiàn)圖3、圖4、圖5。從中可以看出，原材料中Ti含量偏高，抗拉強(qiáng)度偏低，組織中有混晶現(xiàn)象。

2．2．2鍛造試驗(yàn)

根據(jù)上述確定的試驗(yàn)方案，為了驗(yàn)證材料始鍛溫度，分別在1 120℃、1 150℃兩個(gè)溫度下保溫進(jìn)行鍛造，每個(gè)始鍛溫度下鍛造兩件試樣。試驗(yàn)過(guò)程記錄見(jiàn)表4。

2．2．3試樣熱處理試驗(yàn)

表1　LTES700R合金的化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1　Chemical composition requirements of LTES700R alloy ( mass fraction，%)

表2　原材料化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2　Reinspection results of chemical composition of raw materials ( mass fraction，%)

表3　原材料力學(xué)性能及晶粒度復(fù)驗(yàn)結(jié)果( ASME B166)Table 3　Reinspection results of mechanical properties and grain size of raw materials ( ASME B166)

圖3　LTES700R原材料的低倍組織Figure 3　Macrostructure of LTES700R raw alloy

圖4　原材料未熱處理金相組織(×100)Figure 4　 Metallographic structure of raw material without heat treatment(×100)

對(duì)鍛造后的試樣進(jìn)行熱處理，參數(shù)見(jiàn)表5。

3　試驗(yàn)結(jié)果分析

3．1試樣表面質(zhì)量檢測(cè)

鍛造后的試樣實(shí)物照片見(jiàn)圖6。試樣表面平整無(wú)缺陷，棱邊無(wú)裂紋，鍛件尺寸均滿足工藝尺寸

圖5　原材料二次時(shí)效后金相組織(×100)Figure 5　 Metallographic structure of raw material after secondary aging(×100)

表4　試驗(yàn)過(guò)程記錄Table 4　Records during the test

表5　試樣熱處理工藝參數(shù)Table 5　Process parameters of heat treatment for specimens

圖6　試樣實(shí)物照片F(xiàn)igure 6　 Photos of specimen

表6　鍛造后鍛件的晶粒度Table 6　Grain size after forging

要求。

3．2鍛后試樣金相及晶粒度檢測(cè)與分析

圖7　改鍛后金相組織照片F(xiàn)igure 7　Metallographic photos after changing forging

表7　試樣固溶后的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果( ASME B166)Table 7　Test results of mechanical properties after the sample solution ( ASME B166)

通過(guò)鍛后解剖取樣進(jìn)行試樣內(nèi)部金相組織和晶粒度等級(jí)檢測(cè)與分析，試樣晶粒度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6，金相組織照片見(jiàn)圖7?？梢钥闯觯嚇渝懞蠼鹣嘟M織和晶粒度皆能滿足規(guī)范要求，混晶現(xiàn)象得到有效改善。改鍛后，LTES700R合金不容易腐蝕，晶粒內(nèi)有γ'相析出。

LTES700R改鍛后，晶粒度不均勻性得到改善，晶粒內(nèi)部γ'相析出量增多。

3．3試樣熱處理后力學(xué)性能檢測(cè)與分析

為了驗(yàn)證鍛造試樣最終力學(xué)性能及組織能否滿足相應(yīng)規(guī)范要求，我們對(duì)固溶的試樣取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)并進(jìn)行分析，其結(jié)果見(jiàn)表7。固溶后的試樣抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和沖擊值均高于理論要求。其原因主要是LTES700R的高溫強(qiáng)度比一般金屬高得多，采用30 kN自由鍛錘鍛造時(shí)截面充分鍛透，對(duì)性能參數(shù)均有一定改善作用。

3．4材料加熱規(guī)范及鍛造工藝參數(shù)的選取

參照LTES700R合金鋼棒料加熱規(guī)范要求，并通過(guò)截面尺寸來(lái)計(jì)算加熱時(shí)間及保溫時(shí)間，無(wú)過(guò)熱與過(guò)燒現(xiàn)象，證明試驗(yàn)可行。

通過(guò)試驗(yàn)分析可以看出，始鍛溫度1 120℃、

1 150℃下LTES700R合金最終性能及組織皆能滿足要求。為了滿足該材料鍛件規(guī)范要求并兼顧生產(chǎn)效率，增大鍛造溫度區(qū)間，我們確定了始鍛溫度1 150℃、終鍛溫度≥900℃、鍛后空冷的工藝參數(shù)。

4　實(shí)際試生產(chǎn)

根據(jù)以上確定的LTES700R材料的加熱規(guī)范及相應(yīng)鍛造工藝參數(shù)，試制了兩件焊接用試板。實(shí)際鍛造中采用反復(fù)鐓拔的方法來(lái)增加坯料鍛造比，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。兩件毛坯經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)性能及組織皆滿足相關(guān)規(guī)范要求，可以用于焊接工藝評(píng)定及其它相關(guān)試驗(yàn)。

5　結(jié)論

通過(guò)工藝試驗(yàn)，研究了影響LTES700R鎳基高溫合金最終性能及組織的主要因素，并確定了三段式鍛前加熱規(guī)范以及始鍛溫度1 150℃、終鍛溫度≥900℃、鍛后空冷的工藝參數(shù)。

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編輯杜青泉

Research on Forging Process for
Nickel-based Superalloy LTES700R Material

Long Zhengjian，Liu Mingsong，Jiang Zhengrong，Shi Dongqing

Abstract:The heating specification，process parameters and process performance is researched for forging LTES700R material by tests and the process parameters are confirmed that initial forging temperature is 1 150℃and final forging temperature is not less than 900℃and air cooling is adopted after forging．The inspection results of trial production meet the requirements of specification．

Key words:LTES700R; nickel-based superalloy; forging process; mechanical properties

作者簡(jiǎn)介:龍正建( 1981—)，男，材料加工工程專業(yè)碩士，工程師，主要從事鍛壓技術(shù)研究及技術(shù)服務(wù)。

收稿日期:2014—10—17

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

中圖分類號(hào):TG316